紫色细菌电池将污水转化为清洁能源

你今天在马桶上冲了一些有价值的东西。生活污水和工业废水中的有机化合物是动物饲料、生物塑料甚至蛋白质的丰富潜在能源——但由于没有有效的提取方法，处理厂将它们作为污染物丢弃。现在，研究人员找到了一种环保且经济的解决方案。他们的研究发表在能源研究的前沿，首次表明紫外光养细菌——可以储存光能——可以在供应电流的情况下从任何类型的有机废物中回收近100%的碳，同时产生氢气用于发电。“目前，污水处理厂最重要的问题之一是高碳排放，”合著者、西班牙胡安卡洛斯国王大学的丹尼尔普约尔博士说。“我们基于光的生物提炼过程可以提供一种从废水中获取绿色能源的方法，并且碳足迹为零。”

紫色光合细菌

光合作用方面，绿猪成为关注的焦点。但是当叶绿素从秋叶中撤退时，它会留下黄色、橙色和红色的表亲。事实上，光合色素有各种各样的颜色，也有各种各样的生物体。这表明紫色光养细菌。他们使用各种色素从阳光中获取能量。这些色素会变成橙色、红色或棕色-还有紫色。但是它的新陈代谢多样性，而不是它们的颜色，让科学家们非常感兴趣。“紫色光养细菌因其高度多样化的代谢而成为回收有机废物资源的理想工具，”普约尔解释道。细菌可以利用有机分子和氮代替二氧化碳和H2O为光合作用提供碳、电子和氮。这意味着它们比其他光养细菌和藻类生长得更快，并且可以产生氢气、蛋白质或可生物降解的聚酯作为代谢的副产品。

电被用来调节代谢物。

哪种代谢物占主导地位取决于细菌的环境条件——如光照强度、温度以及可用的有机物质和营养物质的类型。西班牙阿尔卡拉大学的亚伯拉罕埃斯特维-努涅斯教授说：“根据有机废物的来源和市场需求，我们的小组操纵这些条件，将紫色细菌的代谢调节到不同的应用。”“但我们方法的独特之处在于利用外加电流来优化紫色细菌的生产能力。”这个概念被称为“生物电化学系统”，因为紫色细菌中的许多代谢途径都是通过一种共同的货币来工作的：电子连接。例如，需要电子供应来捕获光能，而将氮转化为氨会释放出多余的电子，这些电子必须被耗散掉。通过优化细菌中的电子流，通过正负电极(如电池中)提供的电流可以限制这些过程，并使合成速率最大化。

最大的生物燃料，最小的碳足迹

在他们的最新研究中，该小组分析了通过紫色光养细菌物种的混合物最大限度地产生氢气的最佳条件。他们还测试了负电流(即生长介质中金属电极提供的电子)对细菌代谢行为的影响。他们发现的第一个关键是，饲料中氢生产率最高的营养混合物也能最大限度地减少二氧化碳的产生。esteve-Nez说，“这表明紫色细菌可以用来从低碳足迹的废水中的常见有机物质中回收有价值的生物燃料——苹果酸和谷氨酸钠。”更引人注目的是使用电极的结果，首次证明紫色细菌可以利用主电极或阴极的电子通过光合作用捕获CO2。“来自我们生物电化学系统的记录显示，紫色细菌和电极之间存在明显的相互作用：电极的负极化导致可检测的电子消耗，这与二氧化碳产生的减少有关。”这表明紫色细菌利用阴极的电子，通过光合作用从有机化合物中捕获更多的碳，因此释放的CO2更少”。

生物电化学制氢系统

这组作者说，这是第一次报道在生物电化学系统中使用紫色细菌的混合培养物——这是第一次证明任何由与阴极的相互作用引起的光生物转化代谢。捕获紫细菌产生的多余CO2不仅可以用来减少碳排放，还可以用来从有机废弃物中提取沼气做燃料。不过，普约尔承认，小组的真正目标在于未来。“这项研究的最初目的之一是通过从阴极向紫色细菌代谢提供电子来增加生物制氢。然而，似乎PPB细菌更喜欢用这些电子来固定CO2，而不是产生H2。”我们最近通过进一步研究获得了实现这一目标的资金，并将在未来几年继续努力。请继续关注更多的代谢调节。"

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